ZJ50D直流電動(dòng)鉆機(jī)高油耗分析及節(jié)能降耗措施淺析

鄧永義

摘要：近年來(lái)成為石油鉆機(jī)的主要驅(qū)動(dòng)方式。但因其采用的是AC-SCR-DC的全控整流模式，存在無(wú)功功率較大、功率因數(shù)偏低相較機(jī)械鉆機(jī)油耗較高。本文探討了ZJ50D直流電動(dòng)鉆機(jī)油耗過(guò)高的原因并提出了節(jié)能降耗的一些措施。

關(guān)鍵詞：無(wú)功功率；功率因數(shù)；直流電動(dòng)鉆機(jī)；節(jié)能降耗

1.直流電動(dòng)鉆機(jī)普遍油耗較高的原因

1.1無(wú)功功率較大，功率因數(shù)偏低

任何負(fù)載都是由三種功率組成，有功功率P、無(wú)功功率Q和視在功率S。

所謂功率因素，就是負(fù)載的功率因素，電壓與電流之間的相位差（ ）的余弦叫做功率因數(shù)，用符號(hào) 表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值。

三種功率和功率因素 是一個(gè)直角功率三角形關(guān)系：兩個(gè)直角邊是有功功率即轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的部分功率。無(wú)功功率（為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率），斜邊是視在功率（需要能耗的總功率）。

有功功率平方+無(wú)功功率平方=視在功率平方。

三相負(fù)荷中，任何時(shí)候這三種功率總是同時(shí)存在：

視在功率S=1.732UI

有功功率P=1.732UI

無(wú)功功率Q=1.732UIsin

功率因數(shù)cos =P/S

sin =Q/S

功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、瞬時(shí)功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。自然功率因數(shù)：是指用電設(shè)備沒有安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù)，或者說(shuō)用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)，自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)。直流鉆機(jī)電氣設(shè)備為感性負(fù)載，功率因數(shù)偏低。

1.1.1柴油發(fā)電機(jī)組

柴油發(fā)電機(jī)組一般是采用同步發(fā)電機(jī)（也俗稱電球）將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)為電能。工作時(shí)，轉(zhuǎn)子線圈通以直流電形成直流恒定磁場(chǎng)，在柴油機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)子快速旋轉(zhuǎn)，恒定磁場(chǎng)也隨之旋轉(zhuǎn)，定子的線圈被磁場(chǎng)磁力線切割產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，發(fā)電機(jī)就發(fā)出電來(lái)。

1.1.2整流電路功率因數(shù)

直流鉆機(jī)泥漿泵、絞車、轉(zhuǎn)盤均采用800KW的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，

柴油發(fā)電機(jī)組輸出600V交流電源經(jīng)晶閘管橋式整流后驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，無(wú)功功率較大，功率因數(shù)偏低。

以新場(chǎng)32井為例，平均無(wú)功功率1000Kvar左右，功率因數(shù)低于0.7。

1.2 能流多級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)效率低

能流傳遞路徑：柴油機(jī)→發(fā)電機(jī)→三相全控整流橋→直流電動(dòng)機(jī)→鉆井設(shè)備

1.3 晶閘管熱損耗，輔助設(shè)備（如風(fēng)機(jī)）、線路、控制設(shè)備等損耗

2.改進(jìn)措施

2.1 配備功率補(bǔ)償設(shè)備提高功率因數(shù)，降低無(wú)功功率

以井深2000—3000米，泵壓在20Mpa為例。平均有功功率1000KW，平均無(wú)功功率1000Kvar，功率因數(shù)0.69，視在功率1400KVA。鉆井現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備均為感性負(fù)載，電流滯后電壓，功率因數(shù)偏低。為提高整流系統(tǒng)交流側(cè)的功率因數(shù) ，一般采用集中補(bǔ)償?shù)姆绞?，即利用濾波電容器組并聯(lián)在母排上，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率可由容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率補(bǔ)償。補(bǔ)償無(wú)功功率可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)，減小電流，降低線損。功率補(bǔ)償設(shè)備可將功率因數(shù)提高至0.92（新21—4H井，官13井實(shí)際測(cè)算），視在功率S降低150KVA，按柴油發(fā)電機(jī)組的理論油耗190—220g/千瓦*小時(shí)。通過(guò)10口井的觀察測(cè)量實(shí)際油耗大于理論油耗的最高值（與柴油的性能有關(guān)）。

每天理論節(jié)省油耗：150（KW）*0.22（Kg）*24（小時(shí)）=792Kg

提高泵沖，縮小缸徑，降低無(wú)功功率，提高功率因數(shù)。

直流電動(dòng)機(jī)是通過(guò)改變導(dǎo)通角 的大小從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。導(dǎo)通角 越小轉(zhuǎn)速越高，反之 越大直流電機(jī)轉(zhuǎn)速越低。

而功率因數(shù)：PF= *DF=0.9 =0.9Ud/Ud0

由上式可知三相全控整流系統(tǒng)功率因數(shù)的高低取決于導(dǎo)通角 的大小， 越小功率因數(shù)越高，反之功率因數(shù)越低。所以保證排量的情況下盡可能提高直流電機(jī)轉(zhuǎn)速即主要電機(jī)如：絞車選擇低速檔，特別是開泵劃眼加單根的過(guò)程是負(fù)荷最高的時(shí)候。泥漿泵就是提高泵沖，縮小缸徑，降低無(wú)功功率，提高功率因數(shù)從而達(dá)到降低油耗的目的。

以新場(chǎng)32井、廣金2井為例：

（1）廣金2井井深2368m，泥漿泵缸徑180mm，泵壓15—16Mpa，泵沖85。泥漿泵SCR整流柜線電壓600V，相電流863A，SCR整流柜功率

P1=√3*600*863=896.8KVA

廣金2井井深2370m，泥漿泵缸徑，泵壓15—16Mpa，泵沖95泥漿泵SCR整流柜線電壓600V，相電流795A，SCR整流柜功率

P2=√3*600*795=826.2KVA

節(jié)省功率 ： P=P1-P2=70.6KVA

每天理論節(jié)省油耗：70（KW）*0.22（Kg）*24（小時(shí)）=369.6Kg

（2）新場(chǎng)32井井深2991m，泥漿泵缸徑170mm，泵壓18-20 Mpa，泵沖87。泥漿泵SCR整流柜線電壓600V，相電流895A，SCR整流柜功率

P1=√3*600*895=930.1KVA

新場(chǎng)32井井深2998m，泥漿泵缸徑160mm，泵壓18-20 Mpa，泵沖101。泥漿泵SCR整流柜線電壓600V，相電流831A，SCR整流柜功率

P2=√3*600*831=863.6KVA

節(jié)省功率 ： P=P1-P2=66.5KVA

每天理論節(jié)省油耗：66.5（KW）*0.22（Kg）*24（小時(shí)）=351.1Kg

2.2 在一臺(tái)泥漿泵能滿足工況需要的情況下，禁止使用雙泵

雙泵鉆進(jìn)時(shí)兩臺(tái)泥漿泵都處于高泵壓低泵沖的工作狀態(tài)，使得驅(qū)動(dòng)泥漿泵的直流電機(jī)處于低電壓、大電流工作狀態(tài)。導(dǎo)致無(wú)功功率很大，功率因數(shù)極低，并且諧波較大容易損壞電氣設(shè)備。

2.3 提高電氣設(shè)備使用效率，嚴(yán)禁空運(yùn)行，使用后及時(shí)關(guān)閉，如絞車，液壓站等

3.結(jié)束語(yǔ)

本文從ZJ50D電動(dòng)鉆機(jī)發(fā)電機(jī)組、整流系統(tǒng)、直流電機(jī)調(diào)速的角度分析了油耗較高的原因并提出了節(jié)能減排的措施和建議，從而希望可以減低能耗，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。